Прогнозирование погоды в полярных регионах

25.07.2007 16:00

Хотя большая часть полярных регионов удалена от основных населённых центров, тем не менее, существует потребность в надёжных прогнозах погоды по этим регионам. В Арктике подобные прогнозы необходимы для общин коренного населения, а также для поддержки морских операций и работ по разведке и эксплуатации нефтегазовых месторождений. В Антарктике надёжные прогнозы необходимы для сложных воздушных и морских транспортных операций в поддержку исследовательских программ и растущей индустрии туризма. Прогнозы так же необходимы для полевых команд, работающих в отдалённых местностях.

Прогнозы погоды для Арктики и Антарктики составлялись со времени первых экспедиций, хотя в первые годы они были плохого качества в силу незначительного объема данных наблюдений и недостаточного понимания функционирования климатических механизмов высоких широт.

Ситуация оставалась более или менее неизменной до Международного геофизического года (МГГ) в 1957-1958гг., когда в высоких широтах был открыт ряд исследовательских станций, в особенности в Антарктике, большинство из которых начали осуществлять регулярные запуски радиозондов. (Радиозонд – это прибор для измерения давления, температуры и влажности воздуха в свободной атмосфере (до высоты 40 км и более) и одновременной передачи результатов измерений с помощью радиосигналов на Землю. Поднимается вверх на шаре-зонде). Такие дополнительные данные позволили готовить более надёжный приземный и аэрологический анализ атмосферных процессов, хотя над океаническими районами наблюдения были всё ещё ограниченными.

С начала 1960-х годов для содействия прогнозированию погоды стали использоваться спутниковые изображения. На протяжении многих лет результаты анализов по высоким широтам были скудными, и изображения были единственным способом определения «правды» в отношении атмосферных условий. Спутниковые изображения использовались для составления заблаговременных предупреждений о приближающихся метеорологических системах, фронтах и разрозненных грядах облаков, а также в качестве дополнительной информации о протяжённости морского льда.

С конца 1970-х годов стало возможным определять профили температуры и влажности верхнего уровня через атмосферу, используя данные, собранные полярно-орбитальными спутниками. Эта объективная информация позволила ввести в действие системы глобального численного прогноза погоды (ЧПП), способные предоставлять прогнозы на несколько дней вперёд. В 1980-е годы точность прогнозов для полярных областей на базе систем ЧПП была гораздо ниже, чем точность прогнозов для тропических и среднеширотных областей, однако, в 1990-е годы произошли заметные улучшения, благодаря использованию продвинутых методов анализа, более высокой горизонтальной разрешающей способности моделей, а также благодаря дополнительным данным, полученным с установленных на спутниках новых приборов, таких как рефлектометр (Рефлектометр для измерения ветра – это установленный на спутнике прибор, который обеспечивает наблюдения за приземным ветром с помощью спутниковых измерений обратного отражения радиолокационных сигналов от океана) для измерения ветра.

Сегодня система прогнозирования в Антарктике над районами океана и самим континентом сильно отличается. Над океаном модели ЧПП имеют большую точность по сравнению с северным полушарием, поскольку орография южного полушария менее сложная. Однако, континент, и в особенности прибрежные районы, подвержены местным системам ветров, которые многие глобальные модели не в состоянии зафиксировать. Поэтому синоптики для того, чтобы составить прогноз ветра на период до 24 часов, стремятся использовать спутниковые изображения.

С помощью обладающих высокой горизонтальной разрешающей способностью моделей численного прогноза погоды для ограниченных районов (таких как Антарктическая система мезомаштабных прогнозов США) начинается выпуск более успешных прогнозов приземных ветров в областях со сложной орографией.

Проблема прогнозирования в Арктике несколько менее сложная, так как большая часть этого региона окружена землей, где осуществляются регулярные метеорологические наблюдения. В сочетании с данными спутниковых зондирующих устройств они позволяют специалистам с высокой достоверностью анализировать атмосферные процессы и составлять прогнозы погоды. Относительно низкая орография Арктики также способствует предсказуемости. Основным исключением является внутренняя часть Гренландии, где существуют те же проблемы, что и на антарктическом плато.

Процесс прогнозирования

По сравнению с неполярными регионами прогнозирование погоды в Арктике и Антарктике представляет собой ряд уникальных сложных задач.

Антарктическое поле ветра - это одна из наиболее ярко выраженных отличительных черт этого континента, поскольку неослабевающие склоновые катабатические (Катабатический ветер – это ветер, который дует вниз вдоль топографической наклонной плоскости. Такой как холм, гора или ледник) ветры в некоторых прибрежных частях являются самыми устойчивыми по своему направлению ветрами на Земле.

Эти ветры наиболее сильны в зимнее время года, когда в результате сильного радиационного выхолаживания на плато вырабатывается большой запас холодного воздуха, и сконцентрированы в основных ледниковых долинах, в особенности вокруг побережья восточной Антарктиды. Климатология дает неплохие указания в отношении того, где наблюдаются самые сильные склоновые ветры, но прогнозы по прибрежным регионам, составленные с использованием ЧПП, более успешны.

Катабатические ветры менее присущи Арктике, поскольку горы там ниже. Однако, сильные склоновые ветры наблюдаются в прибрежных районах Гренландии, где они могут оказывать существенное влияние на жизнь местных общин.

В полярных регионах важное значение для авиации имеют такие метеорологические параметры, как контраст поверхности (т.е. с какой легкостью на покрытой снегом поверхности можно распознать различные подробности рельефа), а также ясность горизонта (возможность установить границу между землей и небом).

Подобно контрасту поверхности прогнозирование ясности горизонта осуществляется после того, как сделан прогноз облачного покрова. Ключевыми моментами являются прогнозирование ожидаемого типа и толщины облаков, плюс информация о местной орографии.

Хотя крупные усовершенствования в системах наблюдений и численного прогнозирования погоды значительно улучшили качество прогнозов, задачи прогнозирования для континентальных и океанических районов, тем не менее, сильно отличаются. Над океаническими районами большое количество данных, поступающих в настоящее время со спутников означает, что качество метеорологических анализов находится на высоком уровне, несмотря на отсутствие данных с радиозондов. Это в свою очередь означает, что поля ЧПП могут быть с достаточной уверенностью использованы для прогнозов на 2-6 дней вперед.

Однако, на антарктическом континенте и во внутренней части Гренландии нехватка данных наблюдений в точке, проблемы получения данных температурного зондирования со спутника над высокой, покрытой льдом поверхностью, сложные местные ветровые и облачные системы означают, что качество полей ЧПП значительно падает при удалении от побережья.

ТОРПЭКС

Частью Всемирной программы метеорологических исследований является эксперимент по изучению систем наблюдений и вопросов предсказуемости (ТОРПЭКС). Он представляет организационную структуру для рассмотрения проблем прогнозирования погоды, в том числе в полярных регионах, решение которых будет ускорено за счет международного сотрудничества между оперативными центрами национальных метеорологических и гидрологических служб, научно-исследовательскими учреждениями и пользователями прогностической продукции.

В контексте Международного полярного года 2007-2008 перед ТОРПЭКС поставлены особые научно-исследовательские задачи:

• рассмотреть взаимодействия между полярными и субполярными режимами погоды;

• оценить и улучшить качество продукции оперативных анализов и исследовательских повторных анализов в полярных регионах;

• рассмотреть вопрос об улучшении методов усвоения данных для полярных регионов;

• оценить навыки в прогнозировании полярно-глобальных явлений погоды со значительными последствиями для различных методов ведения наблюдений в более высоких широтах;

• выработать рекомендации по разработке Глобальной системы наблюдений в полярных регионах для прогнозирования погоды.

Для содействия в достижении этих исследовательских задач будут проведены полевые кампании в течение периода интенсивных наблюдений в рамках международного полярного года.

По материалам Всемирной метеорологической организации